Het effect van langdurig frequente organische bemesting op de duurzame C-N dynamiek in de bodem.

Veel landbouwbodems die intensief bewerkt worden, onder andere in Vlaanderen, vertonen een relatief laag bodemorganische koolstofgehalte (BOK). Aangezien een optimaal BOK-gehalte essentieel is voor verschillende parameters met betrekking tot bodemkwaliteit, is er nood aan een strategie om dit weer op te trekken. Dit zorgt niet alleen voor een gezonde bodem, koolstofsequestratie en hogere opbrengsten. Het is ook wettelijk verplicht om een minimumhoeveelheid BOK te onderhouden om aanspraak te maken op de rechtstreekse inkomenssteun in het kader van het Gemeenschappelijk Europees Landbouwbeleid (GLB). Het BOK-gehalte kan alleen verhoogd worden door het verminderen van de afbraak of door het verhogen van de input van organische koolstof. Aangezien de afbraaksnelheid grotendeels bepaald wordt door het klimaat, is het managen van de koolstofinput de sleutel tot succes. Door het toevoegen van organisch materiaal aan de bodem om het BOK-gehalte te behouden of te verhogen wordt uiteraard stikstof toegevoegd. Het toegevoegde organisch materiaal is mogelijk minder stabiel in vergelijking met de originele bodemorganische stofgehalte (BOS) en mineraliseert mogelijk aan een andere snelheid. Zodoende zou langdurig frequente organische bemesting op termijn de BOS-mineralisatie kunnen verhogen en daardoor ook de het gehalte aan minerale stikstof in de bodem kunnen verhogen. Dit kan dan op zijn beurt leiden tot een ophoping van nutriënten in de bodem en stikstofverliezen naar het milieu met vervuiling van grond- en oppervlaktewater tot gevolg. Dit betekent dat twee mogelijks tegenstrijdige doelstellingen behaald moeten worden: enerzijds het stabiliseren en verhogen van het BOS-gehalte om de bodemkwaliteit te behouden en te voldoen aan de Europese GLB-voorwaarden voor rechtstreekse inkomenssteun, en anderzijds het beperken van de stikstofverliezen naar het milieu om zo te voldoen aan de Nitraatrichtlijn. In deze thesis werd er gekeken naar het effect van langdurig frequente organische bemesting op de stikstof- en koolstofdynamiek in de bodem aan de hand van verschillende langetermijnsexperimenten in België, Oostenrijk en Kenia.

Dit onderzoek toonde aan dat organische bemesting essentieel is om het BOS-gehalte te behouden onder tropische omstandigheden, hetgeen in de lijn ligt van ander onderzoek (Chivenge et al., 2011; Minasny et al., 2017; Srinivasarao et al., 2012). In een gematigd klimaat lijkt dit niet strikt noodzakelijk om het BOS-gehalte op peil te houden, hoewel er in sommige van de niet (mineraal noch organisch) bemeste controlevelden een negatieve trend in BOS-gehalte werd gevonden. Maar hoewel in een gematigd klimaat een relatief constant BOS-gehalte kan onderhouden worden zonder organische bemesting, mag er niet geconcludeerd worden dat dit BOS-gehalte optimaal is, noch voor de gewasproductie, noch voor het milieu. Zelfs wanneer jaarlijks grote hoeveelheden organisch materiaal aangebracht worden, is de toename in BOS-gehalte begrensd, bodems kunnen hun saturatieniveau voor SOK-opslag bereiken dat bepaald wordt door bodemtextuur en bodembeheer, zoals vastgesteld in verschillende van de onderzochte behandelingen. Door bodems met verschillende bemestingsgeschiedenis te verdelen in vijf aggregaatsfracties werd de verdeling van BOK onder langdurig frequente organische bemesting geanalyseerd. Er werd een herverdeling van BOK over de geïsoleerde fracties opgemerkt in sommige proefvelden. Toevoegingen van grote hoeveelheden compost resulteerden in (i) een verhoogd aandeel aan labiele POM en (ii) een verlaagd aandeel aan bepaalde stabielere fracties. In het algemeen kan voor alle bodems, alle velden en alle organische behandelingen vastgesteld worden dat het koolstofsaturatietekort afnam ten opzichte van de controlevelden, wat erop wijst dat de bescherming van BOS minder efficiënt wordt als er extra koolstof opgeslagen wordt in de minder beschermde fracties.

Om het effect van langdurige organische bemesting op BOS-stabiliteit te analyseren, werd een model op basis van de C:N-ratio het δ15N gehalte, ontwikkeld door Conen et al. (2008), onderzocht op zijn toepasbaarheid in een landbouwomgeving. Hoewel we een verschuiving vonden de C:N-ratio het δ15N gehalte tussen de labiele en stabiele BOS fracties en het model potentieel toont voor het gebruik in intensief beheerde landbouwsystemen, moeten er nog enkele zaken worden uitgeklaard voor het op grotere schaal kan toegepast worden. Ten eerste kon de constante ε factor die in het model aangenomen wordt nog niet gevalideerd worden. Ten tweede is het op zichzelf niet krachtig genoeg om significante verschillen in relatieve stabiliteit tussen verschillende beheerspraktijken te vinden. Maar wanneer het model gecombineerd werd met δ13C-metingen liet het toe verschillen in gebruik (weiland vs. akkerland) en beheer (ploegen vs. niet ploegen) te onderscheiden. In verschillende incubatie-experimenten werden veranderingen in de stikstofmineralisatiecurve gevonden onder verhoogde organische bemesting. Een toename in stikstofmineralisatie en respiratie werd aangetroffen in bodems met een geschiedenis van intense organische bemesting. De verhouding tussen POM en totale koolstofgehalte bleek een nuttige parameter voor het schatten van het stikstofmineralisatiepotentieel van de bodem aangezien deze rekening houdt met de jongere, minder beschermde BOS-fracties.

Omdat het de behandelingen met de hoogste organischestoftoedieningen bevat, werd de invloed van langdurig frequente organische bemesting op de stikstofmineralisatie in het veld onderzocht op het lange termijnsexperiment met groente-, fruit- en tuinafval (GFT) compost in Boutersem. Een toename in het stikstofresidu in de herfst werd vastgesteld voor de behandelingen die de hoogste compostbemesting ontvangen, maar niet in de behandelingen met 15 t GFT compost per ha per jaar en 45 t GFT compost per ha per 3 jaar. Door het verschil in minerale stikstofgehalte tussen de compost bemeste bodems en de mineraal bemeste bodem te gebruiken als een schatting voor de stikstofmineralisatie afkomstig uit de extra BOS in de compost behandelingen, werd er een significante relatie gevonden met dit extra BOS gehalte, maar enkel in het eerste trimester (januari – maart). In deze periode vinden we ook vaak hoge gehaltes aan minerale stikstof in de bodem, vatbaar voor uitspoeling naar de diepere bodemlagen omdat het profiel verzadigd raakt in de winter en er zo goed als geen gewasopname plaatsvindt. Het is dan ook een cruciale periode om stikstofverliezen naar het milieu te beperken. Om hun nauwkeurigheid op percelen met een geschiedenis van langdurig frequente organische bemesting te verhogen, moeten stikstofbemestingsadviessystemen zeker het gehalte aan minerale stikstof in de bodem in het eerste trimester in rekening brengen. Hun voorspelling van de stikstofmineralisatie zou verder verfijnd kunnen worden door het gebruik van de verhouding tussen de POM en het totale koolstofgehalte. Ze zouden ook uitgebreid kunnen worden met een component gebaseerd op de cumulatieve totale stikstofbemesting die de laatste 10 tot 20 jaar werd gebruikt per perceel. In de toekomst zouden deze adviessystemen ook uitgebreid kunnen worden met advies over goede landbouwpraktijken, zoals het planten van vanggewassen, om landbouwers te helpen potentiële stikstofverliezen naar de omgeving te beperken. Het gebruik van de juiste vanggewassen zou een deel van de najaarsrest aan stikstof aanwezig na de oogst van het hoofdgewas uit de bodem kunnen halen en zo het gehalte aan minerale stikstof in de bodem tijdens het eerste trimester van het volgende jaar verlagen. Wanneer deze vanggewassen de volgende lente in de bodem worden ingewerkt, kan de stikstof opnieuw vrijgezet worden op een geschikter tijdstip voor plantopname.